SCR脱硝金属氧化物催化剂研究进展

王 昕，张金山，汪 澜

(中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024)

氮氧化物(NOx)是一种常规大气污染物，对人类健康和生态环境有较大危害[1]。我国NOx排放主要来源于燃煤锅炉和机动车尾气排放等。选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)技术是降低NOx污染物的有效途径，即可通过催化作用将烟气中NOx与还原剂反应(NH3-SCR)生成N2和H2O，从而减少或消除NOx对大气环境的污染。SCR技术最早于1957年由美国Engelhard公司研发成功，并于1979年由日本首先实现了工业化应用。目前，我国通过引进、学习与创新，已经完全掌握了传统催化剂材料的生产技术，形成了一系列具有自主知识产权的专利技术，并且在电力、钢铁、建材等工业领域全面推广应用SCR技术，为工业锅炉(窑炉)NOx排放控制提供了强有力的技术支撑。

脱硝催化剂是SCR技术的核心。近十几年来，催化剂理论及应用多方面的研究不断开展深入，包括中低温催化反应机理及新型催化剂材料等。新型催化剂材料可分为贵金属类、分子筛类和金属氧化物类。其中：贵金属催化剂成本较高，大多用于烟气中低浓度的非常规污染物的削减；
分子筛催化剂孔径狭窄，扩散阻力大，目前多用于机车尾气净化；
金属氧化物催化剂由于原料来源广泛，制备简单，脱硝效率稳定,可广泛应用于工业锅炉(窑炉)烟气脱硝。金属氧化物催化剂以钒基为主，由钒-钨-钛(V2O5-WO3/TiO2)构成催化剂的活性组分，其工作温度在200～450 ℃，脱硝效率可达到90%以上。虽然钒基催化剂中V2O5的掺量相对较低，但仍有可能对生态环境和人身健康造成不良影响；
另外，钒基催化剂的工作温度相对较高，不能适应低温、复杂烟气脱硝的工况条件。因而，研究开发宽温、复杂烟气工况条件下经济高效、环境友好的脱硝催化剂，尤其是金属氧化物催化剂[2]，已成为当前工业锅炉(窑炉)烟气高效脱硝领域的重要课题。

本文总结了国内外烟气脱硝SCR金属氧化物催化剂研究进展，以期为工业锅炉(窑炉)烟气金属氧化物催化剂脱硝技术进一步研发提供借鉴。

NH3-SCR反应机理主要有两种理论：1)Eley-Rideal(E-R)机理。该理论认为在SCR反应中NH3先吸附在催化剂表面形成活性中间产物(吸附态NH3)，再与气相中的NOx反应。即，气态NH3和O2首先吸附在催化剂表面酸性位上形成配位态的NH3和O，配位态的NH3被氧化成NH2和OH,并与气态的NO反应生成中间产物NH2NO，最终分解为N2和H2O，如式(1)～(4)所示[3]；
同时，高价氧化还原位点会被还原为低价位点，并被再次氧化，完成一次氧化还原循环[4]。

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图1 SCR 反应路径示意图[4]Fig.1 Schematic diagram of SCR reaction path[4]

2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)机理。该理论认为在SCR反应中NH3和NOx均被吸附在催化剂表面，形成吸附态活性中间产物，相邻活性中心的吸附态NH3和吸附态NOx反应生成N2和H2O。即，气态NH3和O2首先吸附在催化剂表面Lewis酸性位形成配位态的NH3和O，气态的NO被氧化为NO2，并与NH3和H+反应生成中间产物NH4NO2，最终分解为N2和H2O，反应过程如式(5)～(9)所示[3]；
同时，高价氧化还原位点会被还原为低价位点，随后被氧化进而完成一次氧化还原循环(如图1所示)[4-5]。

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Yuan等[6]研究认为，储氧能力强的催化剂氧化还原起主导作用，属于L-H机理，低温下可进行NH3-SCR反应。还有一些研究者[7]认为，多数金属氧化物催化剂低温下SCR反应遵循L-H机理，高温下遵循E-R机理。这主要是由于L-H机理主要是两种吸附分子之间进行反应，具有更低的活化能，因而低温时比E-R机理更容易发生[8]。此外，考虑到烟气催化反应较为复杂，还有研究者认为SCR反应中E-R机理和L-H机理可能同时存在。Qi等[9]研究发现，低温下MnOx-CeO2催化反应E-R机理和H-L机理共存，即气相NH3首先吸附到催化剂上形成配位态NH3和NH2，同时NO也吸附到催化剂表面氧化成硝酸或亚硝酸基团，NH2和吸附态的NO 反应生成NH2NO，最后分解为N2和H2O。此外，Cao等[10]认为活性组分不同，反应机理存在比较大的差异。例如：Fe-Mn-Ce/γ-Al2O3催化反应主要遵循E-R机理，NH3首先吸附在Lewis酸性位上，然后分解成NH2和H+,并与NO反应生成中间产物NH2NO，最后分解为N2和H2O；
而Ag-Mn-Ce/γ-Al2O3催化反应遵循L-H 机理，NO首先吸附在催化剂表面并形成不稳定的硝酸盐或亚硝酸盐，然后与吸附态的NH3反应，最后生成N2和H2O。

以上分析表明，催化剂的氧化还原能力及其表面酸性是影响催化剂脱硝性能的关键因素。催化剂氧化还原能力的提升可促进反应物分子活化，有利于加快SCR反应进行；
而表面酸性的增强可维持反应物充足的吸附点位，提高参与反应的分子数量。此外，高温下催化剂表面酸性决定了SCR反应活性，而低温下催化剂表面氧化还原性对SCR反应活性起决定作用。催化剂氧化还原活性主要由金属氧化物的高低价态循环及氧空位形成的难易来调节，而酸性位活性则与过渡金属空轨道及表面得失电子能力相关[11]。

可见，提高催化剂氧化还原能力和改变催化剂表面的酸性位数量、性质或强度，能促进催化剂表面NH3吸附和氧化脱氢活化，加宽反应工作温度，增强催化剂催化活性。低温条件下催化剂氧化还原能力不足，可通过掺加CeO2、MnO2等提高氧化还原能力；
高温反应时催化剂酸性不足，可通过掺加酸性物质提高催化剂酸性[8]。总之，适宜表面酸性和氧化还原能力是高活性SCR脱硝催化剂的设计关键与基础[13]。

金属氧化物催化剂在工业锅炉(窑炉)烟气脱硝研究中应用相对较多，按活性组分不同分为钒基催化剂、锰基催化剂、铈基催化剂、铁基催化剂等。

2.1 钒基催化剂

图2 V2O5/TiO2催化剂的SCR反应历程[19]Fig.2 SCR reaction process of V2O5/TiO2 catalyst[19]

目前，钒基催化剂(V2O5-WO3(MoO3)/TiO2)在我国电力等行业应用最为广泛，工作温度窗口在300～420 ℃。但是，钒基催化剂中V有毒性，废弃的催化剂应进行回收处理。此外，钒基催化剂的中低温反应活性还有待提高。

2.2 锰基催化剂

锰基催化剂具有较多的可变价态和强氧化还原能力，表现出良好的低温催化活性[27]，目前大多研究认为锰基催化剂SCR反应中E-R机理和L-H机理共存，也有研究认为Mn2-Ni3、Mn-Sm复合催化剂等主要遵循E-R机理，而Mn/γ-Al2O3和Mn-Ce复合催化剂等主要遵循L-H机理。在L-H机理中，M-NO2(M=Ce，Ti，Zr)硝酸盐化合物、单硝酸盐和桥联硝酸盐是关键的中间体;在E-R机理中，表面酸性和还原性促进了NH3吸附和活化，有利于与气相NOx反应，提高NH3-SCR高温反应活性[28]。此外，MnOx价态对催化活性有较大影响，锰价态越高其氧化性越大，活性顺序为:MnO2>Mn5O8>Mn2O3>Mn3O4>MnO。高价锰Mn4+可明显促进NH3和O2在催化剂表面上吸附，使催化剂表面富含大量的氧空位和吸附态氧，改善催化剂比表面积，并使活性位点分散。研究[29]表明，Mn2O3在120～150 ℃脱硝效果最佳，Mn3O4在150～200 ℃脱硝效果最佳，MnOx/TiO2型催化剂在200～250 ℃内脱硝效率可达90%。此外，MnOx晶型和晶面对SCR反应效率也有较大影响，其中，γ-MnO2和α-MnO2拥有更强的还原性、表面酸性和化学吸附氧能力，且α-MnO2中锰原子的配位不饱和环境使其拥有更多的Lewis酸位点、更弱的锰氧键和有效的隧道结构，较有利于NH3和NOx活化，SCR反应活性顺序为：γ-MnO2>α-MnO2>δ-MnO2>β-MnO2；
催化剂载体不同，SCR反应活性也存在差异，其顺序为：MnOx/γ-Al2O3>MnOx/CeO2>MnOx/TiO2>MnOx/SiO2[30]。另一方面，单一组分MnOx催化剂存在选择性差、抗硫性能较差和操作温度窗口狭窄、易团聚烧结等缺陷，且抗H2O和抗SO2性能也较弱。

对于多元金属氧化物锰基复合催化剂性能及其机理，Pena等[34-35]进行了研究比较，认为M/TiO2(M=Mn,Cr,Cu)和 Fe-Mn-Ce/γ-Al2O3两种锰基催化剂SCR反应均遵循E-R机理，即NH3首先吸附在催化剂表面 Lewis酸性位上，均与气态NOx发生反应并最终分解生成N2和H2O。催化剂中Co掺杂会引起活性组分表面电子失衡，并产生不饱和的轨道，有助于晶格氧形成，150 ℃时Mn-Co-Ce/TiO2催化剂NOx转化率可达99%。陈利强[36]对低温锰基催化剂性能进行了系统研究，认为催化剂Co0.2Ce0.35Mn0.45Ti10和Co0.2Mn0.8Ti10在高于210 ℃时反应遵守E-R机理，而低于210 ℃时遵守L-H机理；
Ni、Co和 Ce 对锰基催化剂的氧化还原能力和表面酸性有很好的调变作用；
Co的掺杂增强了Brønsted酸性位，有利于NH3吸附和转移；
而Ce的掺杂有利于增强Lewis酸性位，拓宽催化剂工作温度窗口,提高抗水抗硫中毒性能。Hu等[37]对不同多组分金属氧化物复合锰基改良催化剂MnOx-MOy/Ce0.75Zr0.25O2(M=Fe，Co，Ni，Cu)进行研究比较，认为MnOx-FeOy/Ce0.75Zr0.25O2具有优异的低温活性和较宽的工作温度窗口，尤其是Fe的加入提高了NO2和桥式硝酸盐的反应活性。

为了进一步提升锰基催化剂催化活性和抗硫中毒能力，近些年在锰基催化剂结构形貌设计(如核-壳、空心、介微孔等结构)方面也有大量研究工作。研究[38]表明，纳米棒状α-MnO2包裹CeO2外壳的核壳结构α-MnO2@CeO2催化剂比单纯α-MnO2纳米棒催化剂活性提高80%；
而MnOx@TiO2纳米材料具有明显的核壳结构，具有较多的中孔和Lewis酸性位及较高的氧化还原能力，使催化剂具有较高催化活性，130 ℃时NOx转化率可达100%；
Ce@Mn@TiOx多层壳式结构催化剂可弥补单层壳Ce@MnOx表面酸性不足，降低H2O和SO2的影响[39]；
中空结构催化剂MnCoOx可保护内表面活性位点，增强催化剂酸性位的强度，使硫酸盐难以成块状结构沉积在催化剂表面[40]；
三维有序大孔结构锰基催化剂不但可提供更多酸性位，而且还可提高活性组分分散程度，有效阻止活性组分硫化现象[41]。

锰基催化剂对N2选择性以及抗水抗硫等性能仍有待提高，如何实现锰基低温催化剂商业化应用等问题亟待解决，进一步提升锰基低温催化剂整体催化能力仍是未来重点研究方向。

2.3 铈基催化剂

铈(Ce)基催化剂具有较好的储氧能力和快速的电子转移特性，是低温脱硝领域的研究热点之一。目前多数研究认为，Ce基催化剂SCR反应中E-R机理和L-H机理共存，但低温反应时主要遵循L-H机理，高温反应时主要遵循E-R机理，这主要是由于L-H机理比E-R机理活化能更低，低温时L-H 机理反应更容易进行[8]。在Ce 基催化剂CeO2晶体结构中未被占据的八面体空隙为氧在晶体内迁移提供了通道，促进了氧在晶体内迁移。Ce的4f电子轨道结构具有独特氧化还原性能，缺氧时Ce4+向Ce3+转变可释放氧气形成氧空位，极易吸收氧分子，富氧时Ce3+也会向Ce4+转变(如图3所示)[11，42]。同时，Ce3+的存在使电荷不平衡，导致氧空位以及不饱和化学键的形成，催化剂表面产生了更多化学吸附氧或较弱的吸附氧，因而促进了NH3-SCR反应进行。CeO2还具有一定的表面酸性，有利于反应物的吸附和活化。

图3 CeO2晶体结构示意图[11]Fig.3 Schematic diagram of CeO2 crystal structure[11]

研究表明，CeO2与MnOx、SbOx、SnO等过渡金属、稀土金属或非金属元素氧化物复合可表现出较佳的催化性能。由于Lewis酸性位是低温催化剂主要活性位点[12]，多数研究主要围绕增强Ce基催化剂表面酸性、表面酸性位数量等展开。其中，CeO2-MnOx复合催化剂是研究关注的焦点。当Mn与Ce协同作用时，可增加酸性位数量和储释氧能力；
且n(Mn)/n(Mn+Ce)摩尔比为0.4时催化反应活性最佳，在低温150 ℃、空速42 000 h-1条件下NOx转化率为95%[43]。Chitpakdee等[44]研究还发现，Ru的掺杂可改变Ce基催化剂表面电荷性，促进表面Lewis酸性位的形成，增强NH3吸附能力，提高脱硝活性。Gao等[45]利用Cu、Co、Cr等多种过渡金属元素和金属元素对CeO2-MnO2催化剂活性进行改良，活性顺序为：Sn>Fe>Mg>Cu>Co>Ni>Cr。其中,CeO2-MnOx催化剂中掺入Sn，不但显著增加了氧空位浓度和氧化还原能力，提高了SCR反应活性，而且还可增强了催化剂表面酸性，提高了NH3吸附能力，有利于催化剂低温反应性能。

Mn-Ce/Ti复合掺杂可显著提升Ce基催化剂效果，并在抗硫性能等方面具有独特性能，因而Mn-Ce/Ti复合催化剂及改良引起越来越多的关注。研究[46]指出，Mn-Ce/Ti复合催化剂提供了Mn4++Ce3+←→Mn3++Ti4+双重氧化还原循环，显著促进了电子转移以及NO/NH3吸附/活化，增强了催化剂氧化还原能力，在SCR反应中起到了关键作用。在SCR反应中Ti/Ce催化剂反应机制主要遵循L-H机理，吸附态的NH3与吸附态的NO2反应，最终生成 N2和H2O。而Mn或Sm掺杂Ti/Ce 催化剂后在反应温度低于250 ℃时主要遵循 L-H机理；
温度高于250 ℃时会形成更多的NH2，部分吸附态的NH3首先转化为NH2，然后与气态NOx反应生成NH2NO，反应机理如图4所示[47]。Mn-Ce/Ti催化剂中Sn元素的掺杂可进一步提高催化剂N2选择性，250 ℃时N2O生成量显著减少。当n(Sn)/n(Sn+Mn+Ce)摩尔比为0.1时，在反应温度80～230 ℃条件下NOx转化率可达100%。Fe元素的引入可阻止金属硫酸盐的生成，抑制(NH4)2SO4和NH4HSO4沉积，从而提高催化剂抗硫性能；
还可提高活性组分分散程度和氧化状态，有利于NO转化。因而，Mn-Ce/Ti催化剂中掺杂Fe可使Fe-Mn-Ce/TiO2催化剂抗水抗硫性能和脱硝活性明显提高。当n(Fe)/n(Ti)摩尔比为0.1时，Fe-Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性最佳，在烟气温度为180 ℃、空速为50 000 h-1条件下，催化剂脱硝效率达96.8%[48]。朱少文等[49]对Co和Fe掺杂Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝催化性能进行研究比较，结果表明，掺杂Co和Fe均可提高Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝效率，且n(Co)/n(Fe)摩尔比为2时催化剂脱硝活性最佳。Mn-Ce/TiO2催化剂中添加Ni、Co元素不但可提高催化剂的抗硫性能，而且还可增强催化剂氧化还原能力，提高催化剂脱硝效率[50]。

图4 Mn-Ce/Ti催化剂反应机理[47]Fig.4 Reaction mechanism of Mn-Ce/Ti catalyst[47]

为了进一步提升Ce基催化剂催化活性及抗水抗硫中毒能力，近些年在催化剂形貌及其载体结构设计等方面也有大量研究。结果表明：碳纳米管(carbon nano tubes, CNTs)负载MnOx和CeO2纳米颗粒涂覆在中孔TiO2层制成的核-壳结构催化剂(meso-TiO2@MnOx-CeO2/CNTs)具有高活性和稳定性及良好的抗硫性能[54]；
多孔核壳结构纳米材料CeO2@TiO2特殊的孔结构和较高的比表面积可增强活性位点和反应物接触及相互作用，具有良好的稳定性、较高的N2选择性以及较高的SCR活性，抗水抗硫性能优越，280～460 ℃时NOx转化率为100%[55]。

目前，Ce基催化剂研究多数仍处于实验室研究阶段。Ce基催化剂具有优异的SCR反应活性，但其抗水抗硫能力仍需进一步加强。深入探讨Ce基催化剂中毒失活机理以及Ce基催化剂工业化成型制备等，仍是今后Ce基催化剂的研究重点。同时，稀土元素Ce和La少量掺杂的催化剂反应活性提升远好于其作为活性主体的催化剂，因而从储量和经济性角度出发研究考虑Ce基催化剂的推广应用也是可持续的发展方向[56]。

2.4 铁基催化剂

图5 γ-Fe2O3晶体模型[57]Fig.5 Model of γ-Fe2O3 crystal[57]

铁基催化剂具有价格低廉、环境友好、氧化还原能力强、中低温脱硝活性良好等特点。早在20世纪80年代初，就有铁基脱硝催化剂(Fe2O3-TiO2)的研究报道。关于铁基催化剂SCR反应机理，多数研究工作认为催化体系中E-R机理和L-H机理共存，但随温度变化主次关系会发生变化，即低温(<200 ℃)时以L-H机理为主，吸附在Lewis酸性位上的NH3起主要作用；
高温(>200 ℃)时以E-R机理为主，吸附在Brønsted酸性位上的NH3起主要作用。Fe2O3是铁基催化剂主要活性组分，独特的电子轨道结构易于接受NO孤对电子，自身结构存在多种缺陷位，有利于氧空位的产生；
同时，Fe2+与Fe3+间相互转换可形成不稳定的氧空位和流动性良好的晶格氧，有利于促进催化反应进行。Fe2O3晶型结构中只有α-Fe2O3和γ-Fe2O3具有催化活性。其中：α-Fe2O3具有高的热稳定性；
γ-Fe2O3低温活性较强(晶体结构如图5所示[57]),且其(001)晶面活性最强，但温度高于300 ℃时γ-Fe2O3会向α-Fe2O3转换，催化活性下降。此外，在多种铁矿石煅烧制备的不同铁基催化剂中，锰铁矿中Mn、Fe、A1等金属氧化物协同作用，表现出较好的SCR脱硝性能[58]。

Fe2O3虽然具有优异的氧化还原能力，但表面酸性较弱，可与W、Mo、Nb、Co、Mg、Ce等过渡金属、稀土金属复合，改善催化剂氧化还原性以及表面酸性，获得较高的催化活性。其中，催化剂体系中WO3的引入可有效抑制NH3非选择氧化，增加催化剂表面Lewis酸性位，促进NH3的吸附和活化,通过W—O—Fe键的诱导效应，增强了催化剂表面氧化能力，有利于NH3脱氢或活化，并提高催化剂N2选择性[8]。还有研究[59]表明，WO3的引入改变了Fe2O3电子环境，诱导Fe3O4(Fe2+)和表面活性氧物种的形成，Fe2O3-WO3催化剂在225～500 ℃时NOx去除效率接近100%，并表现出良好的N2选择性；
而MnOx的掺杂还可进一步增强催化剂的低温活性和N2选择性。关于不同阳离子(M=Ti4+，Ce4+/3+，Al3+)对铁基催化剂结构和还原性的影响，Sun等[60]认为Fe-O-Ti是铁钛催化剂主要活性中心，可诱导Ti4+与Fe3+相互作用，提高表面氧化物和Fe2+比例，增强催化剂氧化还原性和表面酸性，Ti4+能较好地调控Fe2O3氧化还原性和表面酸性，Fe-Ti催化剂催化性能优于Fe-Ce和Fe-Al催化剂。

铁钛催化剂中Ce的引入可使催化剂具有较好的低温活性，180～270 ℃时脱硝效率可稳定在90%以上。研究发现：NH3主要吸附在γ-Fe2O3表面Lewis酸性位上进行脱氢反应；
Ce的掺杂引入了新的Lewis酸性位，NH3吸附在 Ce离子上获得更强的吸附能，并增加表面Lewis酸性位的数目，以促进NH3的吸附以及硝酸盐的生成和氧空位的产生；
通过氧化还原循环Fe2++Ce4+←→Fe3++Ce3+，还可增强催化剂反应氧化还原能力，提高催化剂低温SCR反应活性和抗硫中毒能力；
但过量的Ce掺杂会抑制SCR反应[57]。Ti与Fe、Ce元素相互作用可细化催化剂孔径，增大孔体积和比表面积，提高活性组分的分散程度，促进表面Lewis酸性位形成，增强催化剂低温反应活性。Liu等[61]对不同金属氧化物掺杂铁钛催化剂FeαM1-αTiOx(M=La，Ce，Pr，In，Mn)催化性能进行研究比较，结果表明，Mn掺杂铁钛催化剂活性最佳，使催化剂可获得较大的表面积和较强的氧化能力、较大的晶格氧迁移率以及合适比例的Brønsted酸性位和Lewis酸性位,在175 ℃和空速50 000 h-1条件下,Fe0.5Mn0.5TiOx催化剂可实现NOx完全转化。Fang等[62]利用共浸渍法合成铁锰锆催化剂，Fe2O3和MnOx提供了大量的Brønsted酸性位和Lewis酸性位，提高了SCR反应活性，催化剂在200～360 ℃时脱硝效率可达100%。

为了进一步提升铁基催化剂催化活性和抗硫中毒能力，研究者在铁基催化剂形貌结构等方面进行了大量研究。纳米棒结构的α-Fe2O3催化剂比纳米立方体结构有更高的氧化还原能力；
以聚甲基丙烯酸甲酯纳米球为硬模板制成的三维有序大孔Fe-V催化剂比表面积明显大于无孔Fe-V催化剂，其较多的活性位点提高了催化剂低温反应活性[63]；
二维层状双氧化物结构的复合催化剂(MnFeCoOx)在100 ℃、烟气含SO2和H2O条件下催化活性仍可维持在80%以上，表现出优异的低温活性和抗水抗硫性能[64]。Chen等[65]以层状双氢氧化物为前驱体煅烧得到新型高活性耐硫的低温催化剂MnFe0.25Al0.75Ox，比传统Mn-Fe/γ-Al2O3催化剂在较宽的温度窗口(80～250 ℃)有更好的性能。

目前，Fe2O3作为载体或助剂在分子筛催化剂(如Fe-ZSM-5)、碳基催化剂等中有所应用。铁基低温脱硝催化剂抗水抗硫中毒能力不足，铁基催化剂活性与抗中毒能力及其稳定性仍有待进一步提高。

1)SCR脱硝技术为工业锅炉(窑炉)氮氧化物排放控制提供了有效技术途径，钒基、锰基、铈基和铁基金属氧化物催化剂得到了广泛关注，高活性中低温催化剂成为今后研究发展的重要方向。

2)钒基催化剂工业化应用相对成熟，但其低温反应活性不足；
锰基、铈基和铁基催化剂均具有良好的中低温活性，但其抗水抗硫等性能有待提高。通过与过渡金属氧化物、稀土金属元素等复掺，以及纳米材料的应用与改良，可改善催化剂表面酸性，增强氧化还原能力和活性位点，优化形貌结构，从而提高催化剂活性以及抗水抗硫能力。

3)目前人们在金属氧化物催化剂方面开展了广泛而深入的研究，但多数研究主要基于实验室研究和理论计算,而实际工业锅炉(窑炉)烟气较实验室模拟烟气更为复杂，SCR反应快且复杂，复杂烟气工况条件下SCR反应机理以及催化剂抗中毒能力仍有待深入研究。这不但需要更加深入的催化反应机理研究，还需要基于实际应用工况条件下新型催化剂材料的创新研究，并对催化剂效能的长期有效性和稳定性进行评估。国家重点研发计划“非电行业复杂工况烟气深度净化稀土脱硝催化剂研发及应用”的立项和启动对进一步解析催化反应机理，研发新型、高效催化剂起到了极大的推动作用，进而为工业锅炉(窑炉)烟气氮氧化物减排提供强有力的技术支撑。

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